混凝土碳化研究综述.pdf
《混凝土碳化研究综述.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土碳化研究综述.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 0年 第 1期 (总 第 2 4 3 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 01 0 ( To t a l No 2 4 3) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 1 0 1 4 混凝土碳化研究综述 肖佳 ,勾成福 ( 中南大学 土木建筑学 院,湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要: 混凝土碳化是混凝土耐久性研究极其重要的一个内容, 对混凝土碳化机理、 影响因素、 碳化模型及其预防处理措施进行了综
2、述。 国内外学者从 不同角度研究 了混凝土碳化机理 , 所得结论基本一致 。影 响混凝土碳化的 因素较多 , 主要是 : 材料因素 、 环境 因素和施工 因 素。混凝 土碳化深度与碳化时间的平方根成正 比, 形式如下 : x - k 、 厂 。对碳化系数 的研究形成了不 同的碳化模型 : 基于气体扩散理论 的理论模型和基于试验结果的经验模 型以及基于扩散理论和试验结 果的模型 。 关键词 : 碳化;机理 ;影响因素 ;碳化模型 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号 : l 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) O l 一 0 0 4 0 0 5 O
3、v er v i ew o f t h e r e s e a r ch f or c on c r e t e c ar bona t i on X A O J i a , GOU Ch e n g - f u ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n dAr c h i t e c t u r e , C e n t r a l S o u t hUn i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 , C h i n a ) Abs t r ac t :Th e c a r b
4、o n a t i o n of c o n c r e t e i s a v e r y i mp o r t a n t a s p e c t o f t h e r e s e a r c h o n c o n c r e t e d u r a b i l i t y, t h e me c h a n i s m o f c a r b o na t i o n、 t h e i n fl u e n c e f a c t o r s o f c a r b o n a t i o n、 t h e c a r bo n a t i o n mo d e l s a n d
5、s o me m e a s u r e s a r e s u m u p Th e m e c h a n i s m o f c a r b o n a t i o n i s s t u di e d a t a d i ffe r e n t a n g l e b yd o me s t i c a n do v e r s e a s s c h o l a r s b u t t h e c o n c l u s i o ni S t h e s a meg e ne r a l l y T h ei n fl u e n c ef a c t o r o f c o nc
6、r e t e c a r b o n ati o n c a nbed i v i d e di n t oma t e r i a 1 f a c t o r 、 e n v i r o n m e n t a l f a c t o r a n d c o n s t r u c t i o nf a c t o r T h e c arb o n a t i o nd e p t hi s p r o p o r t i o n a l t oth e s q u a r e r o o t o ft h ec a r b o n ati o nt i me , f o r m a s
7、 f o l l o ws : V fT h e c a r b o n at i o n C O e f f i c i e n t i s d e t e r mi n e d f r o m d i ffe r e n t a s p e c t s , S O t h e c a r b o n a t i o n mo d e l s d i ff e r : t h e t h e o r y mo d e l b a s e d O i l t h e g a s d i fl us i o n t h e o r y th e e mp i r i c a l mo d e l
8、 b a s e d o n t h e t e s t r e s u l t s an d the mo d e l b a s e d o n t h e d i f f u s i o n t h e o r y a n d t e s t r e s u l t s Ke y wor ds : c arb o n a t i o n: me c h a ni s m: i n fl u e n c e f a c t o r ; c a r b o n a t i o n mo d e l 0 引言 混凝土 的碳化是指 空气 中的酸性气 体 C O : 与混凝土 中的 液相碱性物质发
9、生反应 , 使得混凝土碱性下降和混凝 土中化学 成分改变的中性化反应过程。当中性化深度大于混凝土的保护 层厚度, 就会破坏保护层下钢筋表面的钝化膜 , 在钝化膜被破 坏后 , 伴随着水和空气 的共 同作用 , 钢筋就会 出现锈蚀。锈蚀产 生的体积膨胀将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝, 并使保护层 剥落, 继而使得构件的截面减小、 承载能力降低, 最终将使结构 构件破损或者失效l l 】 。 2 0 0 6 年全球 大气 中的二氧化碳平均浓 度为 3 8 1 2 p p m, 比 2 0 0 5 年 升了0 5 3 o j 2 。2 0 0 8 年的二氧化碳平均浓度为 3 9 4 p p m 3
10、1 , 预计到2 0 9 0年浓度将达到 1 0 0 0 p p m 4 。 可见, 空气中二氧化碳 的浓度正呈现出逐年上升的趋势。同时, T厂排泄的废液和废 渣也可使地下水中的 C O 和 S O 的浓度增加。因此, 混凝土的 碳化是一个不可忽视的问题 , 研究混凝土的碳化有其实际意义。 1 混凝土的碳化机理 在大气环境下 , C O 与混凝土中的碱性物质的反应是一个 很复杂的物理化学过程。水泥水化后的产物为氢氧化钙 、 水化 硅酸钙、 水化铝酸钙 、 水化硫铝酸钙等, 其稳定存在的p H值分 别为【 5 : 1 2 2 3 、 1 0 4 、 l 1 4 3 、 1 0 1 7 。 混凝土
11、的孔隙水为氢氧化钙饱 收稿 日期 :2 0 0 9 - 0 9 - 2 4 40 和液 , 其 p H值约为 1 2 - 1 3 , 呈强碱性 。 在水泥水化过程中, 由于化学收缩 , 自由水蒸发等诸多原 因, 在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙, 大气中的二氧 化碳便通过这些孑 L 隙向混凝土内部扩散, 并在水的参与下形成 碳酸。碳酸与水泥水化过程中产生 的可碳化物质发生反应 , 生 成碳 酸钙和其他物质 。 由于碳化作用 , 氢氧化钙 变成了碳酸钙 , 水泥石 的原有 强 碱性逐渐降低, p H值降至 8 5左右, 称这种现象为中性化。 国内 外研究表明嘲 , 对于混凝 土中的钢筋 ,
12、存在两个临界 p H值 , 其一 是 p H = 9 8 8 , 这时钢筋表面的钝化膜开始生成 , 或者说低于此临 界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在, 即完全处于活化状态; 其二是p H = l 1 5 , 这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜, 或者说 低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的。因此, 要使混 凝土中的钢筋不锈蚀, 则混凝土的p H值必须大于 1 1 5 。 前苏联 的一些 学者在研究 了这个多 相物 理化学过 程的基 础上 , 得到了碳化过程受二氧化碳在 混凝土孔隙 中扩散控制 的 结论 , 并 由 F i c k第一扩散定律推导得到 了经典混凝 土碳化理论 模型m 。H
13、o u s t 等学者 从孔结构和孔隙率等方面对碳化的影响 研究了水泥砂浆的碳化机理, 同时对t 昆 凝土含水量对 C O: 在硬 化水泥浆中扩散的影响作了相应的研究。P a 丌 0 t 用热重分析法 研究了混凝土碳化前缘的物质浓度梯度问题。叶绍勋根据热 力学原理, 计算比较了水泥硬化浆体中液相和固相水化产物碳 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 化反应 的活性大 小 以及 因碳化 反应 而发生 的 固相 体积变 化 。 P a p a d a k i s VG等【6 1 , 人 为从化学分析 的角度 出发 , 水 泥中的可 碳化物质不仅有氢氧化钙,还有 C s H
14、及未水化的 c , s和C 2 S 。 他们用化学反应动力学的方法研究了水泥水化和碳化速率, 并 利用碳化过程中各可碳化物质的质量平衡条件建立了一个形 式为微分组的模型。 该模型中的参数都有明确的物理含义和量 纲, 且经过适当简化得到简化数学模型。该模型的建立还为寻 找各种碳化影响因素与碳化深度的关系及研究未完全碳化区 的性质提供了理论依据, 比之前各机理研究前进了一步, 得到了 各国学者的普遍认同。柳俊哲【 】 在查阅了国内外文献的基础上 指出: 混凝土孔溶液主要成分为 Na + 、 和与其保持电性平衡的 O H - , C a 2 + 含量微乎其微; 孔溶液 N a 、 K 浓度越大 ,
15、p H值越高; C a 2 浓度越大, p H值越小。 同时介绍了酚酞指示剂 、 x射线物相 分析、 热分析等评价混凝土碳化程度的方法。 2 混凝 土碳化 的影响 因素 从混凝土碳化的机理可知, 影响碳化的最主要因素, 是混 凝土本身的密实性和碱性储备的大小, 即混凝土的渗透性及其 C a ( O H) : 等碱性物质的含量。 影响混凝土碳化的因素主要分为 三个方面: 材料因素、 环境因素和施工因素。 2 1 材料因素 材料因素包括水灰比、 水泥品种与用量 、 掺合料 、 外加剂、 骨料品种与级配、 混凝土表面覆盖层等, 它们主要通过影响混 凝土的碱度和密实性来影 响混凝土碳化速度。 ( 1
16、) 水灰比的影响 水灰 比对混凝 土碳化速度影响极大。水泥用量不 变的情况 下, 水灰比越大, 混凝土内部的孔隙率也越大, 从而促进了二氧 化碳的扩散 , 加速了混凝土的碳化。碳化深度与水灰比并非呈 线性正比关系, 而是近似呈指数函数关系。另外, 水灰比大还 会使混凝土孔隙中的游离水增多, 这有利于碳化反应。 蒋利学【 6 1 通过试验验证了这一结论。龚洛书通过试验给 出水灰 比对碳化速度影响系数的公式 : 对于轻骨料混凝土: 0 1 7 + 2 0 6 W C 对于普通混凝土: 钾 = 4 1 5 W C 一 1 0 2 H o u s t 等学者 8 1 从孔结构、 孔隙率等对碳化的影响方
17、面研究 了水泥砂浆的碳化机理 , 研究显示 : 当水灰比从 0 4增长至 0 8 时, 气体在混凝土中的扩散系数将增长至少 1 0 倍。 有研究表明f l剐 : 混凝土的水灰 比大于 0 6 5时, 其抗碳化能 力急剧下降, 水灰比在 0 5 5以下时, 混凝土的抗碳化能力基本 上可以保证 。方璨 的试验结果表示 : 水灰 比与碳 化深度有明 显的相关性。水灰比小, 则碳化深度小, 当水灰比小于 O 6 5时 , 两者之间近乎直线关系, 当水灰比大于 0 6 5 , 尤其是大于 0 7 5 时, 碳化深度急剧加大。 ( 2 ) 水泥品种与用量的影响 水泥品种决定了单位体积混凝土中可碳化物质的含
18、量, 因 而对混凝土的碳化有重要 的影 响。在 同一试验条件 下 , 不 同水 泥配制的混凝土的碳化速度大小顺序为: 硅酸盐水泥 普通硅 酸盐水泥 0 6: X r e F a t s 、 W C O 6 : X c = 1 0 4 2 7 K K 、 W C 5 5 时适用; C -混凝 土的水灰 比; C 水泥用量 , k g m 。 X c = -K Km K T KS 8 3 9 ( 1 一 RH) c o、 一 V y yc C 式中: K K 、 、 K 厂分别表示环境湿度、 环境二氧化碳浓度 、 环境温度、 混凝土应力状态 的影响系数 ; c 一环境中 C O 浓度 , ; c
19、一水泥用量 , k g m ; 其他参数意义同左 。 C E B T G V模型4 2 1 也是同类模型。基于扩散理论与试验结 果的模型既有充分的理论依据, 又具有实际可操作性, 应是碳 化预测模型的理想模式 。 在实际工程中, 应该优先考虑基于碳化试验建立的经验模 型, 其次考虑基于扩散理论与试验结果的碳化模型, 理论模型 不适合于工程应用。鉴于预测模型的多样性, 为便于工程实际 应用, 有待于建立统一的计算模型。模型应该考虑水灰比、 抗压 强度、 水泥用量和品种, 以及掺合料等多种因素的影响。 4混凝 土碳 化 的 处 理 及预 防措 施 4 1 碳 化 处 理 对碳化深度过大 , 钢筋锈
20、蚀明显, 危及结构安全的构件应 拆 除重 建 ; 对碳 化深度较小并小 于钢筋保护层厚度 , 碳化层 比 较坚硬的, 可用优质涂料封闭; 对碳化深度大于钢筋保护层厚 度或碳化深度虽较小但碳化层疏松剥落的, 应凿除碳化层, 粉刷 高强砂浆或浇筑高强混凝土; 对钢筋锈蚀严重的, 应在修补前 除锈 , 并根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋, 要达到阻止或尽 可能减慢外界有害气体进入混凝土内, 使内部和钢筋一直处在 高碱性环境中4 3 J。 现在实际工程中经常应用环氧厚浆涂料 、 硅粉砂浆 、 混凝 土缝面处理等几种方法。比如在三河闸的工作桥, 公路桥等混 凝 土表 面喷涂 了环氧涂料 , 迄今混凝土表面
21、基本无碳 化现象发 生, 保证了工程的安全运行, 延长了工程运行周期删。江苏省芒 稻船闸大修工程竣工验收时, 对硅粉砂浆修复面上的一点, 用 8 k g 的大锤连续猛击 3 0次未见砂浆开裂和剥落嗍。 至于变形缝 , 对于水上部位可采用华东水利设计研究 院研制 的 S R嵌缝膏进 行表面封闭 ;对水下部位可采用南京水利科学研究院研制的 S B S 改性沥青灌注封闭, 能起到闭气止水的双重作用t 4 6 1 。 4 2预 防措 施 周 围环境 、 施工 因素和材料 因素对混凝土碳化有明显影响, 如果混凝土有较好的密实性, 则可获得较好的抗碳化性能。因 此, 针对影响混凝土碳化的因素, 一般提出的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 混凝土 碳化 研究 综述
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【jin****ong】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【jin****ong】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。